이번 포스팅은 이전 포스팅에서 구축한 환경을 기반으로 Gazebo를 이용해서 Camera를 부착하고 동작을 확인해 보는 과정입니다.
이 포스트는 다음 영상의 내용을 기반으로 개발하고자 하는 로봇에 적합하게 수정했습니다.
How to use Cameras in ROS (Sim Camera and Pi Camera)
이 포스트는 다음 과정을 완료한 후에 참고하시길 바랍니다.
- URDF를 이용한 간단한 로봇 만들기 (1)
- URDF를 이용한 간단한 로봇 만들기 (2)
- URDF를 이용한 간단한 로봇 만들기 (3)
- Gazebo를 이용해 2D LiDAR 시뮬레이션하기
1. 실행파일 생성
- 아래 명령을 실행해서 'src/urdf_tutorial/urdf/robot_4.xacro' 파일을 'src/urdf_tutorial/urdf/robot_5.xacro' 파일로 복사합니다.
$ cd ~/Workspace/ros_ws
$ cp src/urdf_tutorial/urdf/robot_4.xacro src/urdf_tutorial/urdf/robot_5.xacro- 다음은 ‘src/urdf_tutorial/launch/robot_5.launch.py’ 파일을 만들고 아래와 같이 편집합니다. 파일의 내용은 ‘src/urdf_tutorial/launch/robot_4.launch.py’에서 'robot_4.xacro'을 'robot_5.xacro'으로 변경했습니다.
import os
from ament_index_python.packages import get_package_share_directory
from launch import LaunchDescription
from launch.substitutions import LaunchConfiguration
from launch.actions import DeclareLaunchArgument
from launch_ros.actions import Node
import xacro
def generate_launch_description():
use_sim_time = LaunchConfiguration("use_sim_time")
pkg_path = os.path.join(get_package_share_directory("urdf_tutorial"))
xacro_file = os.path.join(pkg_path, "urdf", "robot_5.xacro")
robot_description = xacro.process_file(xacro_file)
params = {"robot_description": robot_description.toxml(), "use_sim_time": use_sim_time}
return LaunchDescription(
[
DeclareLaunchArgument(
"use_sim_time", default_value="false", description="use sim time"
),
Node(
package="robot_state_publisher",
executable="robot_state_publisher",
output="screen",
parameters=[params],
),
]
)- 다음은 ‘src/urdf_tutorial/launch/camera.launch.py’ 파일을 만들고 아래와 같이 편집합니다. 파일의 내용은 ‘src/urdf_tutorial/launch/lidar.launch.py’에서 'robot_4.launch.py'을 'robot_5.launch.py'으로 변경했습니다.
import os
from ament_index_python.packages import get_package_share_directory
from launch import LaunchDescription
from launch.actions import IncludeLaunchDescription
from launch.launch_description_sources import PythonLaunchDescriptionSource
from launch_ros.actions import Node
def generate_launch_description():
package_name = "urdf_tutorial"
rsp = IncludeLaunchDescription(
PythonLaunchDescriptionSource(
[os.path.join(get_package_share_directory(package_name), "launch", "robot_5.launch.py")]
),
launch_arguments={"use_sim_time": "true"}.items(),
)
# Include the Gazebo launch file, provided by the gazebo_ros package
gazebo = IncludeLaunchDescription(
PythonLaunchDescriptionSource(
[os.path.join(get_package_share_directory("gazebo_ros"), "launch", "gazebo.launch.py")]
),
)
# Run the spawner node from the gazebo_ros package. The entity name doesn't really matter if you only have a single robot.
spawn_entity = Node(
package="gazebo_ros",
executable="spawn_entity.py",
arguments=["-topic", "robot_description", "-entity", "with_robot"],
output="screen",
)
# Launch them all!
return LaunchDescription(
[
rsp,
gazebo,
spawn_entity,
]
)2. URDF에 Camera 추가하기
- URDF를 수정해서 자동차에 Camera 구조물을 부착하는 과정입니다.
- 'src/urdf_tutorial/urdf/robot_5.xacro’ 파일의 ‘laser_frame’ link 밑에 아래 내용을 추가해서 Camera 형상을 만듭니다.
◦ camera_joint: fixed joint로 Camera가 자동차의 앞쪽 중앙에 자리 잡을 수 있도록 위치를 조정했습니다.
◦ camera_link: 직사각형 모양으로 가로 3cm, 세로 3cm, 높이 1cm 인 Box입니다. 색깔은 빨간색으로 설정했습니다.
◦ camera_optical_joint: fixed joint로 Camera의 렌즈가 정면을 볼 수 있도록 roll과 yaw을 $\pi / 2$씩 조정했습니다.
<!-- CAMERA -->
<joint name="camera_joint" type="fixed">
<parent link="body"/>
<child link="camera_link"/>
<origin xyz="0.20 0 0.03" rpy="0 0 0"/>
</joint>
<link name="camera_link">
<visual>
<geometry>
<box size="0.01 0.03 0.03"/>
</geometry>
<material name="red"/>
</visual>
<collision>
<geometry>
<box size="0.01 0.03 0.03"/>
</geometry>
</collision>
</link>
<joint name="camera_optical_joint" type="fixed">
<parent link="camera_link"/>
<child link="camera_link_optical"/>
<origin xyz="0 0 0" rpy="${-pi/2} 0 ${-pi/2}"/>
</joint>
<link name="camera_link_optical">
</link>- 첫 번째 터미널에서 아래 명령을 실행합니다.
$ cd ~/Workspace/ros_ws/
$ colcon build --symlink-install
$ source install/setup.bash
$ ros2 launch urdf_tutorial camera.launch.py- 자동차 앞쪽에 카메라가 추가된 것을 확인할 수 있습니다.
3. Camera 기능 추가하기
- 이전 단계에서 추가된 Camera 구조물에 Camera 기능을 추가하는 과정입니다.
- 이전에 실행했던 기능은 ‘CTRL+C’를 눌러서 프로그램을 모두 종료합니다.
- ‘src/urdf_tutorial/urdf/camera.xacro’ 파일을 생성하고 아래와 같이 편집합니다.
◦ update_rate: 초당 10회 정보를 제공합니다.
◦ horizontal_fov: 가로 방향의 FOV (Field of View)는 1.089로 설정했습니다. Gazebo에서는 세로 방향의 FOV는 이미지 사이즈에 따라서 자동으로 계산되는 것으로 보입니다.
◦ image format: R8G 8B8로 빨강, 초록, 파랑 모두 8비트로 인코딩 됩니다.
◦ image widht/height: 이미지의 크기는 가로 640 픽셀, 세로 480 픽셀로 지정했습니다.
◦ frame_name: Camera가 부착된 센서 이름입니다.
<?xml version="1.0"?>
<robot xmlns:xacro="http://www.ros.org/wiki/xacro">
<gazebo reference="camera_link">
<material>Gazebo/Red</material>
<sensor name="camera" type="camera">
<pose>0 0 0 0 0 0</pose>
<visualize>true</visualize>
<update_rate>10</update_rate>
<camera>
<horizontal_fov>1.089</horizontal_fov>
<image>
<format>B8G8R8</format>
<width>640</width>
<height>480</height>
</image>
<clip>
<near>0.05</near>
<far>8.0</far>
</clip>
</camera>
<plugin name="camera_controller" filename="libgazebo_ros_camera.so">
<frame_name>camera_link_optical</frame_name>
<min_depth>0.1</min_depth>
<max_depth>100.0</max_depth>
</plugin>
</sensor>
</gazebo>
</robot>- 'src/urdf_tutorial/urdf/robot_5.xacro' 파일에 아래 내용을 추가해서 'camera.xacro'를 포함해 줍니다.
<xacro:include filename="camera.xacro"/>- 'src/urdf_tutorial/urdf/robot_5.xacro' 파일의 최종 내용은 아래와 같습니다.
<?xml version="1.0"?>
<robot xmlns:xacro="http://www.ros.org/wiki/xacro" name="urdf_tutorial">
<!-- MACROS -->
<xacro:include filename="macros.xacro"/>
<!-- COLOR -->
<material name="white">
<color rgba="1 1 1 1" />
</material>
<material name="blue">
<color rgba="0 0 1 1"/>
</material>
<material name="black">
<color rgba="0 0 0 1"/>
</material>
<material name="red">
<color rgba="1 0 0 1"/>
</material>
<!-- BASE LINK -->
<link name="base_link">
</link>
<!-- BODY LINK -->
<joint name="body_joint" type="fixed">
<parent link="base_link"/>
<child link="body"/>
<origin xyz="-0.12 0 0"/>
</joint>
<link name="body">
<visual>
<origin xyz="0.1 0 0.03"/>
<geometry>
<box size="0.2 0.1 0.06"/>
</geometry>
<material name="white"/>
</visual>
<collision>
<origin xyz="0.1 0 0.03"/>
<geometry>
<box size="0.2 0.1 0.06"/>
</geometry>
</collision>
<xacro:inertial_box mass="0.5" x="0.2" y="0.1" z="0.06">
<origin xyz="0.1 0 0.03" rpy="0 0 0"/>
</xacro:inertial_box>
</link>
<gazebo reference="body">
<material>Gazebo/White</material>
</gazebo>
<!-- LEFT WHEEL LINK -->
<joint name="left_wheel_joint" type="continuous">
<parent link="base_link"/>
<child link="left_wheel"/>
<origin xyz="0 0.065 0" rpy="-${pi/2} 0 0" />
<axis xyz="0 0 1"/>
</joint>
<link name="left_wheel">
<visual>
<geometry>
<cylinder radius="0.03" length="0.03"/>
</geometry>
<material name="blue"/>
</visual>
<collision>
<geometry>
<cylinder radius="0.03" length="0.03"/>
</geometry>
</collision>
<xacro:inertial_cylinder mass="0.1" length="0.03" radius="0.03">
<origin xyz="0 0 0" rpy="0 0 0"/>
</xacro:inertial_cylinder>
</link>
<gazebo reference="left_wheel">
<material>Gazebo/Black</material>
</gazebo>
<!-- RIGHT WHEEL LINK -->
<joint name="right_wheel_joint" type="continuous">
<parent link="base_link"/>
<child link="right_wheel"/>
<origin xyz="0 -0.065 0" rpy="${pi/2} 0 0" />
<axis xyz="0 0 -1"/>
</joint>
<link name="right_wheel">
<visual>
<geometry>
<cylinder radius="0.03" length="0.03"/>
</geometry>
<material name="blue"/>
</visual>
<collision>
<geometry>
<cylinder radius="0.03" length="0.03"/>
</geometry>
</collision>
<xacro:inertial_cylinder mass="0.1" length="0.03" radius="0.03">
<origin xyz="0 0 0" rpy="0 0 0"/>
</xacro:inertial_cylinder>
</link>
<gazebo reference="right_wheel">
<material>Gazebo/Black</material>
</gazebo>
<!-- CASTER WHEEL LINK -->
<joint name="caster_wheel_joint" type="fixed">
<parent link="body"/>
<child link="caster_wheel"/>
<origin xyz="0.03 0 0"/>
</joint>
<link name="caster_wheel">
<visual>
<geometry>
<sphere radius="0.03"/>
</geometry>
<material name="black"/>
</visual>
<collision>
<geometry>
<sphere radius="0.03"/>
</geometry>
</collision>
<xacro:inertial_sphere mass="0.1" radius="0.03">
<origin xyz="0 0 0" rpy="0 0 0"/>
</xacro:inertial_sphere>
</link>
<gazebo reference="caster_wheel">
<material>Gazebo/Blue</material>
<mu1 value="0.001"/>
<mu2 value="0.001"/>
</gazebo>
<!-- LiDAR -->
<joint name="laser_joint" type="fixed">
<parent link="body"/>
<child link="laser_frame"/>
<origin xyz="0.1 0 0.075" rpy="0 0 0"/>
</joint>
<link name="laser_frame">
<visual>
<geometry>
<cylinder radius="0.03" length="0.03"/>
</geometry>
<material name="red"/>
</visual>
<collision>
<geometry>
<cylinder radius="0.03" length="0.03"/>
</geometry>
</collision>
</link>
<!-- CAMERA -->
<joint name="camera_joint" type="fixed">
<parent link="body"/>
<child link="camera_link"/>
<origin xyz="0.20 0 0.03" rpy="0 0 0"/>
</joint>
<link name="camera_link">
<visual>
<geometry>
<box size="0.01 0.03 0.03"/>
</geometry>
<material name="red"/>
</visual>
<collision>
<geometry>
<box size="0.01 0.03 0.03"/>
</geometry>
</collision>
</link>
<joint name="camera_optical_joint" type="fixed">
<parent link="camera_link"/>
<child link="camera_link_optical"/>
<origin xyz="0 0 0" rpy="${-pi/2} 0 ${-pi/2}"/>
</joint>
<link name="camera_link_optical">
</link>
<!-- GAZEBO -->
<xacro:include filename="gazebo.xacro"/>
<xacro:include filename="lidar.xacro"/>
<xacro:include filename="camera.xacro"/>
</robot>- 첫 번째 터미널에서 ‘CTRL+C’를 눌러서 프로그램을 종료 후 아래 명령을 실행해서 다시 실행합니다.
$ colcon build --symlink-install
$ ros2 launch urdf_tutorial camera.launch.py world:=src/urdf_tutorial/config/with_robot.world- 카메라에 수집된 이미지 정보가 출력되는 것을 확인할 수 있습니다.
- 두 번째 터미널에서 아래 명령을 아래 명령을 실행해서 Rviz를 실행하고 저장된 'src/urdf_tutorial/config/lidar.rviz'를 읽어 옵니다.
$ rviz2- Rivz에서 ‘Add’ 버튼을 누른 후 ‘Image’를 선택하고 ‘Ok’ 버튼을 눌러서 Image를 추가합니다.
- Rviz의 Image에서 ‘Topic’을 ‘/camera/image_raw’를 선택하면 아래와 같이 자동차에서 보내준 이미지를 수신할 수 있습니다.
- 메뉴에서 ‘File’ >> ‘Save Config As’를 선택 후 'src/urdf_tutorial/config/camera.rviz'에 현재 설정을 저장합니다.
- 세 번째 터미널에서 아래 명령을 실행합니다.
$ cd ~/Workspace/ros_ws/
$ ros2 topic echo /camera/image_raw- 아래 그림과 같이 Gazebo Camera에서 보내주는 사진 정보가 숫자 형식으로 화면에 출력되는 것을 확인할 수 있습니다.
- 세 번째 PowerShell에서 ‘CTRL+C’를 눌러서 프로그램을 종료 후 아래 명령을 입력합니다.
$ ros2 run teleop_twist_keyboard teleop_twist_keyboard- 아래 화면에서 정당한 키를 눌러서 자동차를 움직여봅니다.
- Rviz에서 자동차가 움직이는 것을 확인할 수 있습니다. 그리고 카메라에서 수집되는 정보도 변경되는 것을 확인할 수 있습니다.
- 동시에 Gazebo에서도 자동차가 움직이고 카메라에 수집되는 정보가 변경되는 것을 확인할 수 있습니다.
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